국내 연구진이 '꿈의 소재'인 그래핀에 '준금속(準金屬)'을 입혀 전기화학적 특성을 극대화한 연료전지용 소재를 세계 최초로 개발했다.

울산과학기술대학교(UNIST) 백종범 교수 연구팀은 기계화학적 공정을 통해 준금속의 하나인 안티몬(antimony)을 그래핀 가장자리에 선택적으로 입혀 전기화학적 특성을 높인 연료전지용 소재를 개발했다고 26일 밝혔다.

연료전지는 촉매를 이용해 연료와 산소 간 화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생산하는 것이다. 촉매로는 보통 백금이 사용돼왔다.

그러나 백금이 가격이 비싼데도 성능이 떨어져 이를 넘어설 촉매로 꿈의 나노 소재로 불리는 그래핀의 활용 가능성이 부상했다.

그래핀은 탄소 원자가 벌집모양으로 연결된 것으로, 전기·화학·물리적으로 물성이 뛰어난게 특징이다.

하지만 탄소로만 구성된 중성적 특성 탓에 촉매로 활용할 경우에는 이종 원소로 분극현상을 유도해야 하지만 이 과정에서 그래핀의 결정을 손상해 타고난 성질을 잃게하는 문제가 제기됐다.

연구팀은 이점에 주목해 기계화학적 공정인 '볼밀링'을 통해 그래핀 가장자리에 금속과 비금속의 중간 성질인 '안티몬'이라는 준금속을 입히는 데 성공했고, 새롭게 탄생한 그래핀이 산소환원용 촉매로서 우수한 특성을 가진 것을 확인했다.

안티몬이 입혀진 그래핀은 10만번을 사용해도 최초의 특성을 그대로 유지하고 있어 '다이하드(die-hard)' 연료전지용 소재로 볼 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

논문의 교신저자인 백종범 교수는 "준금속인 안티몬을 그래핀에 쉽게 도입하면서 완전히 새로운 특성을 지닌 그래핀의 제조가 가능해졌다"며 "다양한 분야로 상용화될 수 있는 가능성을 열었다"고 자평했다. 

연구 결과는 22일 자연과학분야의 세계적인 권위지인 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다. 

연구 성과를 포함한 '고품질 그래핀 대량생산 기술'은 지역 중견업체인 덕양㈜에 이전돼 양산이 준비되고 있다.